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JPH0756459B2 - Mass flow meter - Google Patents

Mass flow meter

Info

Publication number
JPH0756459B2
JPH0756459B2 JP62117686A JP11768687A JPH0756459B2 JP H0756459 B2 JPH0756459 B2 JP H0756459B2 JP 62117686 A JP62117686 A JP 62117686A JP 11768687 A JP11768687 A JP 11768687A JP H0756459 B2 JPH0756459 B2 JP H0756459B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
signal
vortex
output
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP62117686A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63282613A (en
Inventor
敏幸 宮田
一造 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
Priority to JP62117686A priority Critical patent/JPH0756459B2/en
Publication of JPS63282613A publication Critical patent/JPS63282613A/en
Publication of JPH0756459B2 publication Critical patent/JPH0756459B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Measuring Volume Flow (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、カルマン渦を利用して測定流体の質量流量を
測定する質量流量計に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mass flow meter for measuring a mass flow rate of a measurement fluid using a Karman vortex.

(従来の技術) 流体中に物体を置くと、物体の両後側面から交互にかつ
規則的に渦が発生し、下流に渦列となって流れることが
古くから知られている。この渦列はカルマン渦列といわ
れ、単位時間当りの渦の生成数(生成周波数)が流体の
流速に比例している。そこで、測定流体を導く管路内に
渦発生体を配置し、渦発生体によって流速に比例した渦
を発生させ、渦の生成による揚力変化を圧電素子,スト
レンゲージ,容量やインダクタンス等のセンサで検出
し、検出信号の周波数のみを取り出して流体の流速や流
量を測定する渦流量計が実用化されている。ところで、
一般に知りたい流量は化学変化を行わせるプロセスでは
もちろんのこと、取引においても質量流量であることが
多い。また測定流体が気体やスチームの場合には温度や
圧力でその密度が大きく変わり、液体の場合でも温度に
よりその密度がかなり変化してしまう。このため渦流量
計と並設して温度や圧力を測定するか、密度計にて密度
を測定し、質量流量を測定している。しかし密度計と渦
流量計とを用いると繁雑高価であり、温度や圧力計と渦
流量計との組合せでは、繁雑高価であるばかりでなく、
液体の温度の測定が難しいことから精度や応答性も悪
い。
(Prior Art) It has long been known that when an object is placed in a fluid, vortices are alternately and regularly generated from both rear surfaces of the object and flow in a vortex row downstream. This vortex street is called Karman vortex street, and the number of vortices generated per unit time (generation frequency) is proportional to the flow velocity of the fluid. Therefore, a vortex generator is placed in the conduit that guides the fluid to be measured, and the vortex generator generates a vortex that is proportional to the flow velocity. The lift change caused by the vortex is detected by a piezoelectric element, strain gauge, sensor such as capacitance or inductance. A vortex flowmeter for detecting and measuring only the frequency of a detection signal to measure the flow velocity and flow rate of a fluid has been put into practical use. by the way,
Generally, the flow rate to be known is often the mass flow rate not only in the process of making a chemical change, but also in trading. When the fluid to be measured is gas or steam, its density greatly changes depending on temperature and pressure, and even when it is liquid, its density considerably changes depending on temperature. Therefore, the mass flow rate is measured by installing the vortex flowmeter in parallel to measure temperature and pressure, or by measuring the density with a density meter. However, it is complicated and expensive to use the density meter and the vortex flowmeter, and the combination of the temperature or pressure gauge and the vortex flowmeter is not only complicated and expensive.
Since it is difficult to measure the liquid temperature, the accuracy and responsiveness are poor.

ところで、第10図に示す如く、管路1に渦発生体2が配
置され、測定流体が管路1に流された場合に、渦発生体
2に作用する平均抗力FD,変動揚力FLや圧力損失ΔPは
一般に次式で示される関係にある。
By the way, as shown in FIG. 10, when the vortex generator 2 is arranged in the pipe line 1 and the measurement fluid is flown in the pipe line 1, the average drag force F D acting on the vortex generator 2 and the variable lift force F L The pressure loss ΔP generally has a relationship represented by the following equation.

但し CD;抗力係数 CL;変動揚力係数 Cp;圧力損失係数 ρ;密度 V ;流速 (1),(2)についてはたとえば「流れ学 第5章渦
P.79,P.87 21 クッタジュコフスキーの定理 谷一郎
著 岩波書店」で述べられている。又(3)は渦発生体
からの境界層の剥離(カルマン渦の発生)による損失か
ら導かれるものである。
However, C D ; drag coefficient C L ; fluctuating lift coefficient C p ; pressure loss coefficient ρ; density V; flow velocity (1) and (2)
P.79, P.87 21 Kutta Zhukovsky's Theorem by Ichiro Tani, Iwanami Shoten. Further, (3) is derived from the loss due to separation of the boundary layer from the vortex generator (generation of Karman vortex).

さて、平均抗力FD,変動揚力FL,圧力損失ΔPは、抗力
係数CD,変動揚力係数CL,圧力損失係数Cpが定数であれ
ば、ρV2に比例するので、渦周波数 (但し、St:ストロハル数、d:渦発生体2の直径、 で定数)で(1),(2),(3)式を割算すれば、ρ
Vが得られる。
Now, the average drag force F D, variation lift F L, the pressure loss ΔP is the drag coefficient C D, variation coefficient of lift C L, if the pressure loss coefficient C p is a constant, it is proportional to the pV 2, the vortex frequency (However, St: Strouhal number, d: Diameter of vortex generator 2, By dividing equations (1), (2) and (3) by
V is obtained.

ρV2検出器とV検出器とを割算することによりρ・V2/V
=ρVなる質量流量を求めることについても、流量計測
ハンドブックP.344 川田裕郎編著日刊工業新聞社発行
に述べられているように、従来から一般的に行われてい
る技術である。
pV 2 detector and by dividing the V detector [rho · V 2 / V
The calculation of the mass flow rate of = ρV is also a technique that has been generally performed conventionally, as described in the flow rate measurement handbook, edited by Hiroo Kawada, P.344, published by Nikkan Kogyo Shimbun.

渦流量計において、この種の公知例としては、西独特許
DE3032578C2「測定流体を動的に密度に非依存に決定
する方法と装置(内容は渦流量計による質量流量の測
定)」があり、変動揚力を渦発生体に取付けたストレイ
ンゲージの歪みとして検出したり、バネにより渦発生体
に発生するトルクを検出したり、渦発生体の前面にピト
ー管を設置し抗力を検出し、渦周波数と割算することに
より質量流量を求めるものがある。
In the vortex flowmeter, a well-known example of this type is the West German patent.
DE3032578C2 "Dynamic fluid density independent method and device (Mass flow rate measurement by vortex flowmeter)" is available to detect fluctuating lift as strain of strain gauge attached to vortex generator. Alternatively, the mass flow rate is obtained by detecting the torque generated in the vortex generator by a spring, or by detecting the drag force by installing a Pitot tube in front of the vortex generator and dividing the drag force with the vortex frequency.

また、国内においては、実開昭54-174359号「カルマン
渦を利用した測定装置」においても、渦発生体の上下流
側にダイアフラムによる容量検出部を設け、容量変化の
直流分より抗力FDを、交流分から渦周波数を検出し割算
することにより質量流量を求めるものがある。
In Japan, the actual measurement device 54-174359 “Measurement device using Karman vortex” is also equipped with a diaphragm capacity detector on the upstream and downstream sides of the vortex generator to detect the drag force F D from the DC component of the capacity change. There is a method in which the mass flow rate is obtained by detecting and dividing the eddy frequency from the AC component.

また、特開昭57-61916号「カルマン渦を利用した測定装
置」に変動揚力を検出し、渦周数で割算する例が示され
ている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-61916 “Measuring device using Karman vortex” shows an example in which a variable lift is detected and divided by the vortex frequency.

以下、特開昭57-61916号について説明する。Hereinafter, JP-A-57-61916 will be described.

第11図はこの特開昭57-61916号の構成説明図である。図
において、1aは測定流体が流れる管路、2aは管路1aに垂
直に挿入された柱状の渦発生体で、その両端は管路1aに
固定されている。渦発生体2aの本体21aはステンレス等
からなり、測定流体にカルマン渦列を生ぜしめかつ揚力
変化を安定強化するような例えば台形等の断面形状を有
している。渦発生体2aの頂部22aはステンレス等からな
り、凹部23aを有し本体21aとは溶接等により一体に形成
されている。41aは圧電素子からなる素子本体で、渦発
生体2aの凹部23aにガラス等の絶縁材3aによって封着さ
れ、渦発生体と一体に形成されている。また素子本体41
aは円板状をなし、その中心が渦発生体2aの中立軸と一
致するように配置されている。さらに素子本体41aに
は、第12図に示すようにその表と裏にそれぞれ左右に分
割して対称的に電極42a,43a,44a,45aが設けられ、電極4
2aと43aで挾まれた部分で第1の圧電センサ46aを形成
し、電極44aと45aで挾まれた部分で第2の圧電センサ47
aを形成する。そして第1,第2の圧電センサ46a,47aに生
ずる電荷が差動的になるように、電極42aと45aおよび電
極43aと44aが各々結線され、かつ電極42aと44aからそれ
ぞれリード線48a,49aが絶縁材3aを貫通して外部に取り
出されている。8aは検出信号処理回路で、圧電センサ46
a,47aで検出した交流電荷qを交流電圧eに変換する。9
aは比較器で、交流電圧eを一定レベルのパルス信号P
に変換するためのものである。10aはF/Vコンバータで、
比較器出力のパルス信号Pをその周波数に比例した直流
電圧E1に変換する。11aは整流平滑回路で、交流電圧e
を整流平滑し、その振幅に比例した直流電圧E2に変換す
る。12aは演算回路で、F/Vコンバータ10aと整流平滑回
路11aの出力E1,E2に所望の演算を施し、その出力に流体
の密度または質量流量に関連した信号を取出すためのも
のである。
FIG. 11 is an explanatory view of the construction of the Japanese Patent Laid-Open No. 57-61916. In the figure, 1a is a pipe through which a measurement fluid flows, 2a is a columnar vortex generator vertically inserted into the pipe 1a, and both ends thereof are fixed to the pipe 1a. The main body 21a of the vortex generator 2a is made of stainless steel or the like, and has a cross-sectional shape such as a trapezoid that causes a Karman vortex street in the measurement fluid and stably enhances the change in lift. The top 22a of the vortex generator 2a is made of stainless steel or the like, has a recess 23a, and is integrally formed with the main body 21a by welding or the like. Reference numeral 41a denotes an element body made of a piezoelectric element, which is sealed in the recess 23a of the vortex generator 2a with an insulating material 3a such as glass and is formed integrally with the vortex generator. In addition, the element body 41
a has a disk shape and is arranged so that its center coincides with the neutral axis of the vortex generator 2a. Further, in the element body 41a, electrodes 42a, 43a, 44a, 45a are symmetrically divided into left and right sides on the front and the back, respectively, as shown in FIG.
The portion sandwiched by 2a and 43a forms the first piezoelectric sensor 46a, and the portion sandwiched by the electrodes 44a and 45a forms the second piezoelectric sensor 47.
form a. The electrodes 42a and 45a and the electrodes 43a and 44a are connected to each other so that the charges generated in the first and second piezoelectric sensors 46a and 47a are differential, and the leads 42a and 49a are connected to the electrodes 42a and 44a, respectively. Penetrates through the insulating material 3a and is taken out to the outside. 8a is a detection signal processing circuit, and the piezoelectric sensor 46
The AC charge q detected at a, 47a is converted into an AC voltage e. 9
a is a comparator for converting the AC voltage e into a pulse signal P of a constant level.
It is for converting to. 10a is an F / V converter,
The pulse signal P output from the comparator is converted into a DC voltage E 1 proportional to its frequency. 11a is a rectifying / smoothing circuit, which is an alternating voltage e
Is rectified and smoothed, and converted into a DC voltage E 2 proportional to its amplitude. 12a is an arithmetic circuit performs the desired operation on the output E 1, E 2 of the F / V converters 10a and the rectifying smoothing circuit 11a, is for taking out the signal related to the density or mass flow rate of the fluid at its output .

このように構成した本発明において、管路1a内に測定流
体が流れると、渦発生体2aはカルマン渦を発生させると
ともに、渦の生成に基づく揚力変化を受ける。渦発生体
2aは揚力変化を受けるとその内部に図示の如く中立軸を
挾んで逆方向の応力変化が発生する。この渦発生体2aに
生ずる応力変化は絶縁材3aで渦発生体2aに一体に取付ら
れた素子本体41に伝達される。したがって第1,第2の圧
電センサ46a,47aにはそれぞれ揚力変化に対応して互い
に逆位相の電荷量の変化が生ずる。そして圧電センサ46
a,47aに生ずる電荷量は差動的に取り出され、リード線4
8a,49a間には交番電荷qが生ずる。交番電荷qは検出信
号処理回路8aで交流電圧eに変換される。交流電圧eの
周波数を比較器9aおよびF/Vコンバータ10aを介して取り
出せば、(4)式の如く一般の渦流量計と同様渦周波数
fすなわち流速に比例した電圧E1が得られる。
In the present invention thus configured, when the measurement fluid flows in the conduit 1a, the vortex generator 2a generates a Karman vortex and undergoes a lift change due to the generation of the vortex. Vortex generator
When 2a is subjected to a change in lift, a stress change occurs in the opposite direction across the neutral axis as shown in the figure. The change in stress generated in the vortex generator 2a is transmitted to the element body 41 integrally attached to the vortex generator 2a by the insulating material 3a. Therefore, in the first and second piezoelectric sensors 46a and 47a, changes in the amount of electric charge in opposite phases occur corresponding to changes in the lift force. And the piezoelectric sensor 46
The amount of electric charge generated in a and 47a is taken out differentially, and the lead wire 4
An alternating charge q is generated between 8a and 49a. The alternating charge q is converted into an alternating voltage e by the detection signal processing circuit 8a. If the frequency of the AC voltage e is taken out through the comparator 9a and the F / V converter 10a, a voltage E 1 proportional to the vortex frequency f, that is, the flow velocity can be obtained as in a general vortex flowmeter as shown in equation (4).

E1=K1V (4) ただし、K1は比例定数 一方交流電圧eの振幅を整流平滑回路11aを介して取り
出せば、整流平滑回路11aの出力E2は流体の密度をρと
すると次式で与えられる。
E 1 = K 1 V (4) However, K 1 is a proportional constant. On the other hand, if the amplitude of the AC voltage e is extracted via the rectifying / smoothing circuit 11a, the output E 2 of the rectifying / smoothing circuit 11a is Given by the formula.

E2=K2ρV2 (5) ただし、K2は比例定数 よって、演算回路12aで なる演算を行えば、その出力Eoは、 となる。管路1aの断面積をSとすれば、質量流量Qmは、 Qm=ρVs (7) で与えられるので、Eoは、 となり、質量流量に比例した信号となる。E 2 = K 2 ρV 2 (5) However, K 2 is a proportional constant The output Eo is Becomes If the cross-sectional area of the conduit 1a is S, the mass flow rate Qm is given by Qm = ρVs (7), so Eo is And the signal becomes proportional to the mass flow rate.

また演算回路12aで、E1を2乗した後E2を割るようにす
れば、出力Eoは、 となり、流体の密度に比例した信号を得ることができ
る。
Further, in the arithmetic circuit 12a, if E 1 is squared and then E 2 is divided, the output Eo is Therefore, a signal proportional to the fluid density can be obtained.

以上のことは、変動揚力係数Cが一定であるという仮定
で成り立つ考えである。同様に西独特許DE3032578 C2に
おいても同様で変動揚力係数Cが一定であることが必要
である。
The above is an idea that holds under the assumption that the variable lift coefficient C is constant. Similarly, in West German Patent DE 3032578 C2, it is also necessary that the variable lift coefficient C be constant.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、今、カルマン渦による変動揚力FL,抗力
FD及び渦周波数出力(体積流量)Fは FV=K1V 但し FL;変動揚力 FD;抗力 FV;渦周波数出力(体積流量) CL;変動揚力係数 CD;抗力係数 ρ;密度 V ;流速 d ;渦発生体の流れに対向する直径 D ;管内直径 K1;定数 したがって、 (6)式におけるK3となる。
(Problems to be solved by the invention) However, now, the fluctuation lift FL , drag due to Karman vortex, drag
F D and vortex frequency output (volume flow rate) F F V = K 1 V where F L ; Fluctuating lift F D ; Drag force F V ; Vortex frequency output (volume flow) C L ; Fluctuating lift coefficient C D ; Drag coefficient ρ; Density V; Velocity d; Flow of vortex generator Opposite diameter D; pipe diameter K 1 ; constant therefore K 3 in equation (6) is Becomes

ここにおいて、変動揚力係数CLは、たとえば、第13図に
示す如き抗力係数CDや第14図に示す如きストローハル数
Stが一定の場合においても第15図に示す如く、一定では
ないとされている。(第13図〜第15図は、小林敏雄氏の
「BluffBodyに作用する流体力」雑誌「生産研究」第24
巻第1号、東京大学生産技術研究所発行、図1,図7,図8
を引用した。) 第11図従来例において、検出信号処理回路8aにおいて
は、渦流量計において用いられているように、渦周波数
を確実に検出するためのフィルタ回路が含まれている。
センサからの生信号は、一般に流体中に存在する乱れ等
により高周波及び低周波ノイズが重畳している。特に、
低流速では高周波ノイズが、高流速では低周波ノイズが
著しくなり、このノイズを除去するためフィルタ回路は
必要とされる。フィルタ回路のフィルタ効果を弱くする
と、渦信号に含まれているノイズのため渦周波数の検出
が困難となる。
Here, the variable lift coefficient C L is, for example, the drag coefficient C D as shown in FIG. 13 or the Strouhal number as shown in FIG.
Even when St is constant, it is not constant as shown in FIG. (Figures 13 to 15 are based on Toshio Kobayashi's "Fluid Force Acting on Bluff Body" magazine "Production Research", 24th.
Volume 1, Issue 1, Institute of Industrial Science, University of Tokyo, Figure 1, Figure 7, Figure 8
Was quoted. 11) In the conventional example of FIG. 11, the detection signal processing circuit 8a includes a filter circuit for surely detecting the vortex frequency, as used in the vortex flowmeter.
The raw signal from the sensor is generally superposed with high-frequency and low-frequency noise due to turbulence present in the fluid. In particular,
High frequency noise becomes noticeable at low flow velocity and low frequency noise becomes noticeable at high flow velocity, and a filter circuit is required to remove this noise. If the filter effect of the filter circuit is weakened, it becomes difficult to detect the vortex frequency due to noise included in the vortex signal.

一方、このフィルタ回路の存在により変動揚力信号が不
正確になる。
On the other hand, the presence of this filter circuit makes the fluctuating lift signal inaccurate.

本発明は、この問題点を解決するものである。The present invention solves this problem.

本発明の目的は、変動揚力係数が変動しないように回路
構成して、簡単な構成で、密度又は質量流量を精度よく
測定できる装置を提供するにある。
An object of the present invention is to provide a device that can accurately measure the density or mass flow rate with a simple configuration by configuring the circuit so that the variable lift coefficient does not vary.

(問題点を解決するための手段) この目的を達成するために、本願は、渦検出センサより
の渦信号を信号変換する信号変換回路と、該信号変換回
路からの信号の高周波及び低周波ノイズを低減させるフ
ィルタ回路と、該フィルタ回路からの信号を増幅する第
1増幅回路と、該第1増幅回路からの信号をパルス信号
に変換するコンパレータと、該コンパレータからの信号
をその周波数に比例した直流電圧に変換するF/Vコンバ
ータと、前記信号変換回路からの信号を増幅する第2増
幅回路と、該第2増幅回路からの信号を検波する検波回
路と、該検波回路からの信号のリップル分を除去する整
流回路と、該整流回路からの信号を前記F/Vコンバータ
回路からの信号で割算しパルス幅の平均が測定流量に比
例するパルスを出力する割算回路と、該割算回路のパル
ス出力を絶縁して伝送する絶縁手段と、該絶縁手段の出
力を整流して出力する整流回路と、前記第1増幅器から
の信号が前記コンパレータの設定トリガレベルまで達し
なくなった場合に、前記割算回路の出力を0とするスイ
ッチ回路とを具備し、前記整流回路の時定数と前記F/V
コンバータの整流回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ
前記渦信号のビート周波数より大なるようにしてなる質
量流量計を構成したものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve this object, the present application discloses a signal conversion circuit for converting a vortex signal from a vortex detection sensor into a signal, and high-frequency and low-frequency noise of the signal from the signal conversion circuit. Circuit for reducing the noise, a first amplifier circuit for amplifying the signal from the filter circuit, a comparator for converting the signal from the first amplifier circuit into a pulse signal, and a signal from the comparator proportional to its frequency. F / V converter for converting to DC voltage, second amplifying circuit for amplifying signal from the signal converting circuit, detection circuit for detecting signal from the second amplifying circuit, and ripple of signal from the detecting circuit A rectifying circuit for removing the component, a dividing circuit for dividing the signal from the rectifying circuit by the signal from the F / V converter circuit and outputting a pulse whose average pulse width is proportional to the measured flow rate, and the dividing circuit. Insulating means for insulating and transmitting the pulse output of the circuit, a rectifying circuit for rectifying and outputting the output of the insulating means, and when the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator, A switch circuit for setting the output of the division circuit to 0, the time constant of the rectification circuit and the F / V
The mass flowmeter is configured such that the time constant of the rectifier circuit of the converter is substantially the same and is higher than the beat frequency of the vortex signal.

(作用) 以上の構成において、渦検出センサよりの渦信号を信号
変換回路で信号変換し、フィルタ回路で高周波及び低高
周ノイズを低減させ、第1増幅回路で信号を増幅し、コ
ンパレータでパルス信号に変換する。次にF/Vコンパレ
ータでパルス信号の周波数に比例した直流電圧に変換す
る。
(Operation) In the above-described configuration, the vortex signal from the vortex detection sensor is converted by the signal conversion circuit, the high frequency and low high frequency noise are reduced by the filter circuit, the signal is amplified by the first amplification circuit, and pulsed by the comparator. Convert to signal. Next, it is converted into a DC voltage proportional to the frequency of the pulse signal by the F / V comparator.

一方、信号変換回路からの信号を第2増幅器で増幅し、
検波回路で検波する。次に整流回路でリップル分を除去
する。
On the other hand, the signal from the signal conversion circuit is amplified by the second amplifier,
Detect with the detection circuit. Next, the rectifier circuit removes the ripple component.

この整流回路からの信号を割算回路において、F/Vコン
バータからの信号で割算してパルス幅の平均が測定流量
に比例するパルスを出力する。この出力は絶縁手段にて
絶縁され、整流回路で整流されて質量流量に対応した電
気信号を得る。
The signal from this rectifier circuit is divided by the signal from the F / V converter in the divider circuit to output a pulse whose average pulse width is proportional to the measured flow rate. This output is insulated by insulating means and rectified by a rectifying circuit to obtain an electric signal corresponding to the mass flow rate.

一方、第1増幅器からの信号がコンパレータの設定トリ
ガレベルまで達しない場合には、F/Vコンバータからの
信号によりゲート回路により割算回路からの出力を0と
する。
On the other hand, when the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator, the output from the divider circuit is set to 0 by the gate circuit according to the signal from the F / V converter.

以下、実施例について説明する。Examples will be described below.

(実施例) 第1図(A)(B)は、本発明の一実施例の構成説明図
で(A)は正面図、(B)は側面図、第2図は第1図の
検出器部を断面で示す構成説明図である。
(Embodiment) FIGS. 1 (A) and (B) are configuration explanatory views of an embodiment of the present invention, (A) is a front view, (B) is a side view, and FIG. 2 is a detector of FIG. It is a structure explanatory view showing a section in a section.

図において、10は渦流量計検出器、20は渦流量計変換器
である。
In the figure, 10 is a vortex flowmeter detector, and 20 is a vortex flowmeter converter.

渦流量計検出器10において、11は測定流体が流れる管
路、12は管路11に直角に設けられた円筒状のノズル、13
はノズル12を通して管路11に直角に挿入された柱状の渦
発生体で、ステンレス等からなりその上端131はノズル1
2にネジまたは溶接により固定され、下端132はプラグに
より管路11に支持されている。渦発生体13の測定流体と
接する接流体部分133は測定流体にカルマン渦列を生ぜ
しめ、かつ揚力変化を安定強化するように例えば台形等
の断面形状を有し、また上端131側には凹部134を有して
いる。135は凹部134によって渦発生体13に形成される外
筒部である。14はセンサ部で、渦発生体13の凹部134内
に第1の応力検出センサ142と第2の応力検出センサ141
とが一定間隔をおいて押圧固定されている。
In the vortex flowmeter detector 10, 11 is a pipe through which a measurement fluid flows, 12 is a cylindrical nozzle provided at a right angle to the pipe 11, 13
Is a columnar vortex generator inserted at a right angle into the pipe 11 through the nozzle 12, and is made of stainless steel or the like, and its upper end 131 has the nozzle 1
It is fixed to 2 by screwing or welding, and the lower end 132 is supported by the conduit 11 by a plug. The fluid-contacting portion 133 of the vortex generator 13 in contact with the measurement fluid has a Karman vortex street in the measurement fluid and has a trapezoidal cross-sectional shape, for example, so as to stably enhance the lift change. Has 134. Reference numeral 135 denotes an outer cylinder portion formed in the vortex generator 13 by the recess 134. Reference numeral 14 denotes a sensor portion, which is provided in the recess 134 of the vortex generator 13 with a first stress detection sensor 142 and a second stress detection sensor 141.
And are pressed and fixed at regular intervals.

第3図は第2図の電気回路30(第2図に図示せず)のブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of the electrical circuit 30 (not shown in FIG. 2) of FIG.

31,32はチャージコンバータで、応力検出センサ141,142
で検出した交流電荷q1,q2を交流電圧E31,E32に変換す
る。33は加減算回路で、チャージコンバータ31,32から
出力を加算して交流電圧E33とする。34は第2増幅回路
で、交流電圧E33を増幅し交流電圧E34とする。35は検波
回路で、交流電圧E34を検波しE35とする。36は整流回路
で、交流電圧E35のリップル分を除去する。37はフィル
タ回路で、交流電圧E33に含まれる低周波あるいは高周
波のノイズを除去し、交流電圧E37とする。38は第1増
幅回路で、交流電圧E37を増幅し、交流電圧E38とする。
39はシュミットトリガー回路で、交流電圧E38を一定レ
ベルのパルス信号P39に変換する。41はF/Vコンバータ
で、パルス信号P39をその周波数に比例した直流電圧E41
に変換する。42は割算回路で、F/Vコンバータ41と整流
回路36の出力E41,E36に所望の演算を施し、パルス幅の
平均が測定流量に比例するパルス信号P42を出力する。4
3はゲート回路で、第1増幅回路38からの交流電圧E38
シュミット回路39の設定トリガレベルにまで達しなくな
った場合に、割算回路42の出力を0とする。ゲート回路
43は、コンパレータ431とスイッチ432よりなる。コンパ
レータ431はF/Vコンバータ41の出力が0になるのを検出
し、このときスイッチ432をオンにさせ、割算回路42の
出力がトランス(後述する)に出力されないように働
く。44は割算回路42のパルス出力を絶縁して伝送する絶
縁回路でこの場合はトランスが用いられている。45はト
ランスの出力を整流して出力E44する整流回路である。
而して、整流回路36の時定数とF/Vコンバータ41の時定
数をほぼ同じにし、かつ、渦信号のビート周波数より大
なるように構成されている。
31 and 32 are charge converters, which are stress detection sensors 141 and 142
The AC charges q 1 and q 2 detected in step 3 are converted into AC voltages E 31 and E 32 . Reference numeral 33 is an adder / subtractor circuit, which adds outputs from the charge converters 31 and 32 to obtain an AC voltage E 33 . A second amplifier circuit 34 amplifies the AC voltage E 33 into an AC voltage E 34 . Reference numeral 35 is a detection circuit, which detects the AC voltage E 34 and sets it as E 35 . A rectifier circuit 36 removes the ripple component of the AC voltage E 35 . A filter circuit 37 removes low-frequency or high-frequency noise contained in the AC voltage E 33 to obtain an AC voltage E 37 . A first amplifier circuit 38 amplifies the AC voltage E 37 to form an AC voltage E 38 .
39 is a Schmitt trigger circuit, which converts the AC voltage E 38 into a pulse signal P 39 of a constant level. 41 is an F / V converter, which converts the pulse signal P 39 into a DC voltage E 41 proportional to its frequency.
Convert to. Reference numeral 42 denotes a division circuit, which performs a desired calculation on the outputs E 41 and E 36 of the F / V converter 41 and the rectification circuit 36, and outputs a pulse signal P 42 whose average pulse width is proportional to the measured flow rate. Four
3 is a gate circuit, the AC voltage E 38 from the first amplifier circuit 38 when no longer reached the set trigger level of Schmitt circuit 39, the output of the division circuit 42 to zero. Gate circuit
43 includes a comparator 431 and a switch 432. The comparator 431 detects that the output of the F / V converter 41 becomes 0, and at this time turns on the switch 432 so as to prevent the output of the division circuit 42 from being output to a transformer (described later). Reference numeral 44 is an insulating circuit for insulating and transmitting the pulse output of the division circuit 42. In this case, a transformer is used. 45 is a rectifier circuit that rectifies the output of the transformer and outputs E 44 .
Thus, the time constant of the rectifier circuit 36 and the time constant of the F / V converter 41 are made substantially the same and are set to be higher than the beat frequency of the vortex signal.

以上の構成において、変動揚力信号の絶対値を正確に検
出するため渦周波数の帯域内でフラットなf特性の信号
変換回路(チャージコンバータ31,32と加減算回路33)
で物理量を電気量に変換した後、同様に渦周波数の帯域
内でフラットなf特性を有する第2増幅回路34で増幅
し、そのまま検波回路35の入力とした。
In the above configuration, in order to accurately detect the absolute value of the variable lift signal, a signal conversion circuit having a flat f characteristic within the vortex frequency band (charge converters 31, 32 and addition / subtraction circuit 33)
After the physical quantity was converted into an electric quantity by (1), it was amplified by the second amplifying circuit 34 which also has a flat f characteristic within the band of the vortex frequency, and used as it was as the input of the detecting circuit 35.

一方、渦周波数検出は信号変換回路(チャージコンバー
タ31,32と加減算回路33)を通った後、渦信号に含まれ
ている高周波及び低周波ノイズを低減させるため、フィ
ルタ回路37と第1増幅回路38を通した後、シュミット回
路(コンパレータ)39の入力とした。
On the other hand, in the eddy frequency detection, after passing through the signal conversion circuit (charge converters 31, 32 and addition / subtraction circuit 33), in order to reduce the high frequency and low frequency noise contained in the vortex signal, the filter circuit 37 and the first amplification circuit are provided. After passing through 38, the Schmitt circuit (comparator) 39 was used as an input.

以上の結果、変動揚力信号検出回路と渦周波数検出回路
とを信号変換回路の直後から別々に分けることにより、
変動揚力信号の絶対値を正確に測定することと、確実に
渦周波数を検出することとを両立させることができた。
As a result of the above, by separately dividing the variable lift signal detection circuit and the vortex frequency detection circuit immediately after the signal conversion circuit,
It was possible to achieve both accurate measurement of the absolute value of the fluctuating lift signal and reliable detection of the vortex frequency.

したがって、円管内の3次元流れにおいて、変動揚力の
正確な検出が可能となった。実験結果より変動揚力FL
流速の二乗V2に正確に比例、すなわち、 において、変動揚力係数CL=constが得られた。
Therefore, in the three-dimensional flow in the circular pipe, it becomes possible to accurately detect the variable lift. From the experimental results, the variable lift F L is exactly proportional to the square of the flow velocity V 2 , that is, At, the variable lift coefficient C L = const was obtained.

従来は、一般にプラフボディ(渦発生体)の変動揚力係
数CLは、二次元流においてさえも非常に不安定で、レイ
ノルズ数Reなどの関数とみなされていた。前述した、文
献等によると、変動揚力係数CLの値は、実験者により大
きく異なっており、ストロハル数Stは一定(渦周波数は
流速に比例)であっても、変動揚力係数CL(渦の強さ)
は流速の二乗V2に正確に比例はしていないものとされて
いた。変動揚力を測定する検出センサは歪み、変位,力
センサを使用しているため、流体の交流ノイズ、管路振
動、測定系のノイズなどが重畳し、分離検出が困難であ
った。
Conventionally, the fluctuation lift coefficient C L of a plough body (vortex generator) is generally very unstable even in a two-dimensional flow, and is regarded as a function such as Reynolds number Re. According to the literature mentioned above, the value of the variable lift coefficient C L varies greatly depending on the experimenter, and even if the Strouhal number St is constant (the vortex frequency is proportional to the flow velocity), the variable lift coefficient C L (vortex Strength)
Was not exactly proportional to the square of the flow velocity, V 2 . Since the detection sensor that measures the variable lift uses strain, displacement, and force sensor, AC noise of the fluid, pipe vibration, noise of the measurement system, etc. are superimposed, making separation and detection difficult.

而して、西独特許DE3032578 C2,実開昭57-61916号では
変動揚力係数CL検出について何ら明示しておらず、変動
揚力係数CLが一定と仮定し、公知の技術を述べたもので
ある。
And Thus, West German Patent DE3032578 C2, not explicitly any fluctuation coefficient of lift C L detected at No. Sho 57-61916, assuming variation coefficient of lift C L is constant, which was discussed known techniques is there.

一方、平均抗力については、文献値でも示されているよ
うにレイノルズ数Re>2,000以上では、ほとんど一定に
なることが明らかにされている。これは、平均抗力は直
流分として検出できるので測定回路にて、交流ノイズ分
を完全に除去でき、特別な工夫をしなくても正確な測定
が可能であることにある。
On the other hand, it has been clarified that the average drag becomes almost constant when the Reynolds number Re> 2,000 or more, as shown in literature values. This is because the average drag force can be detected as a direct current component, so that the measuring circuit can completely remove the alternating current noise component, and accurate measurement can be performed without special measures.

次に、第1増幅回路38からの信号がシュミット回路39の
設定トリガレベルまで達しなくなった場合に、割算回路
42の出力を0とするゲート回路43を設けた。渦の信号が
小さくなり、シュミット回路39の設定トリガーレベルま
で達しなくなると、シュミット回路39からパルス出力P
39が出力されなくなり、この結果、F/Vコンバータ41の
出力は0になる。一方、変動揚力検出回路の整流回路36
の出力電圧E36は、測定流体の流れの中のノイズや回路
ノイズ等により0とならない。よって、割算回路42の分
母となる入力は0で分子となる入力は0とならず大きな
+誤差となる。ゲート回路43は、F/Vコンバータの出力
電圧をゲート信号電圧とするものでゼロカットを行いこ
の誤差をカットする。第4図に出力EoとρVの関係を示
す。
Next, when the signal from the first amplifier circuit 38 does not reach the set trigger level of the Schmitt circuit 39, the division circuit
A gate circuit 43 for setting the output of 42 to 0 is provided. When the vortex signal becomes small and the set trigger level of the Schmitt circuit 39 is not reached, the pulse output P from the Schmitt circuit 39
39 is not output, and as a result, the output of the F / V converter 41 becomes 0. On the other hand, the rectifier circuit 36 of the variable lift detection circuit
The output voltage E 36 of does not become 0 due to noise in the flow of the measurement fluid, circuit noise, or the like. Therefore, the denominator input of the division circuit 42 is 0, and the numerator input is not 0, resulting in a large + error. The gate circuit 43 uses the output voltage of the F / V converter as the gate signal voltage and performs zero cut to cut this error. Fig. 4 shows the relationship between the output Eo and ρV.

なお、シュミット回路39の設定トリガーレベルはS/N=
1又はそれよりやや大きいところに設定される。S/N<
1になると、フィルタ回路37により、渦周波数の検出は
可能であっても、変動揚力の測定の大きな誤差を生じて
しまうからである。
The setting trigger level of the Schmitt circuit 39 is S / N =
It is set to 1 or a slightly larger value. S / N <
This is because if the value becomes 1, the vortex frequency can be detected by the filter circuit 37, but a large error occurs in the measurement of the variable lift.

次に、割算回路への入力は、整流回路36からのV2に比例
したアナログ電圧とF/VコンバータからのVに比例した
アナログ電圧であり、出力はパルス幅の平均が測定流量
に比例するパルス列であるので、トランス44による絶縁
が容易で安価にでき、フィールドにて生じるコモンモー
ドノイズの防止が図られる。
Next, the input to the division circuit is the analog voltage proportional to V 2 from the rectifier circuit 36 and the analog voltage proportional to V from the F / V converter, and the output has an average pulse width proportional to the measured flow rate. Since it is a pulse train, the insulation by the transformer 44 can be performed easily and inexpensively, and the common mode noise generated in the field can be prevented.

また、整流回路36とF/Vコンバータ41の時定数は、ほぼ
同じであり、かつ、渦信号のビート周波数より大なるよ
うに構成されているので、測定流体の測定流量の変動に
対しても精度よく追従することができるものが得られ
る。
Further, since the time constants of the rectifier circuit 36 and the F / V converter 41 are substantially the same and are configured to be higher than the beat frequency of the vortex signal, even with respect to fluctuations in the measurement flow rate of the measurement fluid. What can be accurately followed is obtained.

なお、検波回路35は、半波整流でも、両波整流でもよ
い。検波回路35の入力信号E34に重畳されるノイズはS/N
>1であれば、ノイズの影響は軽減される。たとえば、
第5図(A)に示す如く、低周波の信号に、高周波のノ
イズが重畳された入力信号E34の検波波形E35は、第5図
(B)に示す如く、ノイズを重畳した波形となるが、た
とえば、第5図(B)の図示のAとBとに関して、ノイ
ズは平均化され、全体としてノイズは減少される。又、
渦周波数で同期整流すればノイズは、ほぼ完全に除去可
能となる。
The detection circuit 35 may be half-wave rectification or double-wave rectification. The noise superimposed on the input signal E 34 of the detection circuit 35 is S / N.
If> 1, the effect of noise is reduced. For example,
As shown in FIG. 5 (A), the detection waveform E 35 of the input signal E 34 in which high frequency noise is superimposed on the low frequency signal is a waveform in which noise is superimposed as shown in FIG. 5 (B). However, for example, regarding A and B shown in FIG. 5B, the noise is averaged and the noise is reduced as a whole. or,
Noise can be almost completely removed by synchronous rectification at the vortex frequency.

またトランス44による絶縁手段は、他の絶縁手段,たと
えばホトカプラ等によっても得られる。
The insulating means by the transformer 44 can also be obtained by other insulating means such as a photocoupler.

さて、渦放出の安定性(揚力の安定性)は直管長が十分
ある場合でもかなり悪く、変動は数十%以上ある。よっ
て、検波回路35の出力の振幅はかなり変動しており、整
流回路36の時定数が渦の周波数に対して充分であって
も、リップルは大きく実用的でない。時定数は検波回路
35の出力の振幅の変動周波数に対して考えねばならな
い。水でのテスト結果から判断すると、この値は、5sec
以上が必要である。
By the way, the stability of vortex shedding (stability of lift) is considerably poor even if the straight pipe length is sufficient, and the fluctuation is several tens% or more. Therefore, the amplitude of the output of the detection circuit 35 varies considerably, and even if the time constant of the rectifier circuit 36 is sufficient for the frequency of the vortex, the ripple is large and not practical. The time constant is the detection circuit
One must consider the fluctuating frequency of the output amplitude of 35. Judging from the test results in water, this value is 5 seconds
The above is necessary.

一方、揚力の安定性を向上させるには、流れを安定化さ
せることが必要で、渦発生体13の上流側に、整流管や多
孔板等の整流装置を設置することが有効である。
On the other hand, in order to improve the stability of lift, it is necessary to stabilize the flow, and it is effective to install a rectifying device such as a rectifying tube or a perforated plate on the upstream side of the vortex generator 13.

第6図,第7図は第3図の電気回路の具体的構成を示
す。
FIG. 6 and FIG. 7 show a concrete structure of the electric circuit of FIG.

図において、OP1,OP2はチャージコンバータ31,32を構成
する演算増幅器で、第1,第2の応力検出センサ141,142
の発生電荷q1,q2を低インピーダンスの交流電圧に変換
する。ここで、コンデンサC1=C2,抵抗R1=R2で、C1
R1,C2とR2で構成されるハイパスフィルターのコーナー
周波数fCは渦信号周波数の下限より充分小さくなるよう
に定数は選択される。OP3は加減算回路33を構成する演
算増幅器で、振動ノイズを除去する。可変抵抗R4にて定
数λを調整する。OP4は第2増幅回路34を構成する増幅
器、OP5,OP6は検波整流回路35,36を構成する演算増幅器
である。C3,C4は結合コンデンサーで、渦信号周波数に
対して充分小さいインピーダンスになるよう定数は選択
される。R5,C5は整流回路の時定数で、F/Vコンバータの
整流回路R17,C12の時定数と等しい値で、かつ、リップ
ルを減少させるのに充分な値に選択される。
In the figure, OP1 and OP2 are operational amplifiers that form the charge converters 31 and 32, and are the first and second stress detection sensors 141 and 142.
The generated charges q 1 and q 2 are converted into a low impedance AC voltage. Here, in the capacitor C 1 = C 2, resistors R 1 = R 2, and C 1
The constant is selected so that the corner frequency f C of the high pass filter composed of R 1 , C 2 and R 2 is sufficiently smaller than the lower limit of the vortex signal frequency. OP3 is an operational amplifier that constitutes the adder / subtractor circuit 33, and removes vibration noise. Adjust constant λ with variable resistor R 4 . OP4 is an amplifier which constitutes the second amplifier circuit 34, and OP5 and OP6 are operational amplifiers which constitute the detection rectification circuits 35 and 36. C 3 and C 4 are coupling capacitors, the constants of which are selected so that the impedance is sufficiently small for the vortex signal frequency. R 5 and C 5 are time constants of the rectifier circuit, are equal to the time constants of the rectifier circuits R 17 and C 12 of the F / V converter, and are selected to be values sufficient to reduce ripples.

OP7は抵抗R6を調整することにより割算回路42への所定
入力電圧を得るための割算増幅器である。OP8,OP9はフ
ィルタ回路37と第1増幅回路38と構成する演算増幅器
で、加減算回路33の出力に含まれる高周波及び低周波ノ
イズを除去し、渦信号を次段のシュミットトリガ回路39
の入力信号まで増幅するものである。C6,C7,C8,R7,R8,R
9はバンドパスフィルタを構成するコンデンサと抵抗、C
9,C10,C11,R10,R12,R13もバンドパスフィルタを構成す
るコンデンサと抵抗である。D1,D2は信号レベルが大き
くなったとき、C11,R13で構成されるローパスフィルタ
を解除し、かつ、振幅制限するためのツェナダイオード
である。OP10はシュミット回路39を構成する演算増幅器
でR14,R15,R16でヒステリシスの幅を決定する。OP11はF
/Vコンバータ41の出力を割算回路42の所定の入力電圧ま
で増幅する演算増幅器で、R18で調整する。OP12は第7
図に示す如く、ゼロカット設定電圧がE1のR25とR26の分
圧比により設定され、反転増幅回路46の出力をQ2のトラ
ンジスタにおいてオン,オフさせるコントロール電圧を
得るコンパレータである。
OP7 is divided amplifier for obtaining a predetermined input voltage to the division circuit 42 by adjusting the resistance R 6. OP8 and OP9 are operational amplifiers composed of a filter circuit 37 and a first amplifier circuit 38, which remove high-frequency and low-frequency noise contained in the output of the adder-subtractor circuit 33, and reduce the vortex signal to the Schmitt trigger circuit 39 of the next stage.
The input signal of is also amplified. C 6 , C 7 , C 8 , R 7 , R 8 , R
9 is a capacitor and resistor that form a bandpass filter, C
9 , C 10 , C 11 , R 10 , R 12 , and R 13 are also capacitors and resistors that form a bandpass filter. D 1 and D 2 are Zener diodes for canceling the low-pass filter composed of C 11 and R 13 and limiting the amplitude when the signal level becomes high. OP 10 is an operational amplifier that constitutes the Schmitt circuit 39, and the width of hysteresis is determined by R 14 , R 15 , and R 16 . OP 11 is F
An operational amplifier that amplifies the output of the / V converter 41 to a predetermined input voltage of the division circuit 42 and adjusts with R 18 . OP 12 is 7th
As shown in the figure, the zero-cut setting voltage is set by the voltage dividing ratio of R 25 and R 26 of E 1 , and is a comparator that obtains a control voltage for turning on / off the output of the inverting amplifier circuit 46 in the transistor of Q 2.

OP13,OP14,は割算回路42を構成する演算増幅器で、OP13
より構成される部分は積分回路で、OP14より構成される
部分はコンパレータである。この構成により直流入力
E2,E3のE2/E3に比例したデューティのパルスが出力され
る割算回路が構成される。演算回路44ではこの出力パル
スを利用し、信号伝送を行なう。OP15は反転増幅回路46
を構成する演算増幅器で絶縁回路44へ割算回路42よりの
パルス出力を反転して送っている。T1は絶縁回路44を構
成するトランスで、反転増幅回路46よりのパルス信号で
トランジスタQ3がオンし、電源E4がトランジスタQ4で構
成されているブロッキング発振回路に加わり発振(高周
波)を開始する。この発振信号が、トランジスタQ5にT1
を通して伝送され、トランジスタQ5では発振信号に追随
ができず、ブロッキング発振回路が発振するとオンし、
発振停止するとオフする。
OP13, OP14, are operational amplifiers that constitute the division circuit 42.
The part constituted by OP14 is an integrating circuit, and the part constituted by OP14 is a comparator. DC input with this configuration
E 2, dividing circuit is constructed the pulse duty factor proportional to E 2 / E 3 of E 3 is output. The arithmetic circuit 44 uses this output pulse to perform signal transmission. OP15 is an inverting amplifier circuit 46
The pulse output from the division circuit 42 is inverted and sent to the isolation circuit 44 by the operational amplifier that constitutes the. T1 is a transformer that constitutes the insulating circuit 44, and the transistor Q3 is turned on by the pulse signal from the inverting amplifier circuit 46, and the power source E 4 is added to the blocking oscillator circuit configured by the transistor Q4 to start oscillation (high frequency). This oscillation signal is transmitted to transistor Q5 by T1.
, The transistor Q5 cannot follow the oscillation signal, and when the blocking oscillator circuit oscillates, it turns on.
Turns off when oscillation stops.

インバータU1と抵抗R27,コンデンサC14にて整流回路45
を構成している。インバータU1は、安定化電源(E5)で
動作し、トランジスタQ5のオン・オフを反転し波高値を
一定にしている。インバータU1の出力パルスは、割算回
路42の出力パルスとデューティ比が同じであり、よって
このパルスを抵抗R27とコンデンサC14にて平滑すること
によりE2/E3に比例したDC出力が得られる。抵抗R27,コ
ンデンサC14の時定数は、割算回路42出力パルスを十分
平滑できる値にしておく。
Rectifier circuit 45 with inverter U1, resistor R27, and capacitor C14
Are configured. Inverter U1 operates with stabilized power supply (E 5), it has a peak value constant by inverting the on and off of the transistor Q5. The output pulse of the inverter U1 is the output pulses the duty ratio of the dividing circuit 42 is the same, thus DC output proportional to E 2 / E 3 by smoothing the pulse at resistor R27 and capacitor C14 is obtained . The time constant of the resistor R27 and the capacitor C14 is set to a value that can sufficiently smooth the output pulse of the division circuit 42.

なお、第3図のブロック図では、フィルタ回路37,第1
増幅回路38と機能別に分離して示したが、第6図におい
ては、演算増幅器OP8,OP9を用いたアクティブフィルタ
が示されている。また、第3図におけるゲート回路は、
第7図では、コンパレータOP12とトランジスタQ2で構成
されている。第8図は第6図の回路において、流速0.4m
/sの水の実流テストを行った場合の出力波形例である。
In the block diagram of FIG. 3, the filter circuit 37, the first circuit
Although shown separately from the amplifier circuit 38 according to their functions, FIG. 6 shows an active filter using operational amplifiers OP8 and OP9. Also, the gate circuit in FIG.
In FIG. 7, it is composed of a comparator OP12 and a transistor Q2. Fig. 8 shows the circuit of Fig. 6 with a flow velocity of 0.4m.
It is an output waveform example when the actual flow test of water of / s is performed.

第8図に示されるように、チャージコンバータ31の出力
波形(A)(第6図の(A)点)には渦の信号と管路振
動ノイズ、チャージコンバータ32の出力波形(B)(第
6図の(B)点)には管路振動ノイズがあらわれてい
る。加減算回路33の出力波形(C)(第6図の(C)
点)には管路振動ノイズが除去された波形となり、シュ
ミット回路39の入力波形(D)(第6図のD点)にはハ
イカットフィルタ効果により、S/N比は格段に向上され
た波形が示されている。
As shown in FIG. 8, the output waveform (A) of the charge converter 31 (point (A) in FIG. 6) has a vortex signal and pipe vibration noise, and the output waveform (B) of the charge converter 32 (see FIG. Pipe line vibration noise appears at point (B) in FIG. Output waveform (C) of the adder / subtractor circuit 33 ((C) of FIG. 6)
The point) is a waveform from which the pipeline vibration noise is removed, and the input waveform (D) of the Schmitt circuit 39 (point D in FIG. 6) is a waveform with a significantly improved S / N ratio due to the high cut filter effect. It is shown.

この波形例は、低流速におけるものであるが、高流速で
は、渦信号に低周波ノイズが重畳されたり、渦信号自体
にビート波形があらわれ、主としてローカットフィルタ
効果によりS/N比を向上することができる。
This waveform example is for a low flow velocity, but at high flow velocity, low frequency noise is superimposed on the vortex signal or a beat waveform appears in the vortex signal itself, and it is mainly to improve the S / N ratio by the low cut filter effect. You can

また、水での実流量テストの結果、第9図に示す如く、
整流回路36の出力は±1%の誤差範囲内で、流速の二乗
に比例していることが確認された。また、空気と水とで
揚力は密度ρに比例していることも確認されている。
As a result of the actual flow rate test with water, as shown in FIG.
It was confirmed that the output of the rectifier circuit 36 was proportional to the square of the flow velocity within an error range of ± 1%. It has also been confirmed that the lift between air and water is proportional to the density ρ.

なお、前述の実施例においては、一端固定,一端支持し
た渦発生体の交番応力を検出する、いわゆる応力検出方
式を用いたものについて説明したが、一端固定,一端自
由にした渦発生体の交番応力を検出するものでもよい。
In the above-described embodiment, the so-called stress detection method for detecting the alternating stress of the vortex shedder fixed at one end and supported at one end has been described. It may be one that detects stress.

また、変動揚力を検出する他の力検出方式、たとえば、
変位,ひずみ,トルク等においても、温度変化によるセ
ンサの機械的な定数(ヤング率,ばね定数)の変化を温
度補償してやれば、カルマン渦を利用した質量流量計が
構成できる。
In addition, another force detection method for detecting the variable lift, for example,
Even in the case of displacement, strain, torque, etc., if the mechanical constants (Young's modulus, spring constant) of the sensor due to temperature changes are temperature-compensated, a mass flowmeter using Karman vortices can be constructed.

(発明の効果) 以上説明したように、本願は、渦検出センサよりの渦信
号を信号変換する信号変換回路と、該信号変換回路から
の信号の高周波及び低周波ノイズを低減させるフィルタ
回路と、該フィルタ回路からの信号を増幅する第1増幅
回路と、該第1増幅回路からの信号をパルス信号に変換
するコンパレータと、該コンパレータからの信号をその
周波数に比例した直流電圧に変換するF/Vコンバータ
と、前記信号変換回路からの信号を増幅する第2増幅回
路と、該第2増幅回路からの信号を検波する検波回路
と、該検波回路からの信号のリップル分を除去する整流
回路と、該整流回路からの信号を前記F/Vコンバータ回
路からの信号で割算しパルス幅の平均が測定流量に比例
するパルスを出力する割算回路と、該割算回路のパルス
出力を絶縁して伝送する絶縁手段と、該絶縁手段の出力
を整流して出力する整流回路と、前記第1増幅器からの
信号が前記コンパレータの設定トリガレベルまで達しな
くなった場合に、前記割算回路の出力を0とするスイッ
チ回路とを具備し、前記整流回路の時定数と前記F/Vコ
ンバータの整流回路の時定数とをほぼ同じにし、かつ前
記渦信号のビート周波数より大なるようにしてなる質量
流量計を構成したので、変動揚力信号検出回路と渦周波
数検出回路とを信号変換回路の直後から別々に分けるこ
とにより、変動揚力信号の絶対値を正確に測定すること
と、確実に渦周波数を検出することとを両立させること
ができる。
(Effects of the Invention) As described above, the present application has a signal conversion circuit that converts a vortex signal from a vortex detection sensor, a filter circuit that reduces high-frequency and low-frequency noise of a signal from the signal conversion circuit, A first amplifier circuit that amplifies the signal from the filter circuit, a comparator that converts the signal from the first amplifier circuit into a pulse signal, and an F / that converts the signal from the comparator into a DC voltage proportional to its frequency. A V converter, a second amplifier circuit that amplifies the signal from the signal conversion circuit, a detection circuit that detects the signal from the second amplifier circuit, and a rectification circuit that removes the ripple component of the signal from the detection circuit. Insulating the pulse output of the division circuit from the division circuit that divides the signal from the rectifier circuit by the signal from the F / V converter circuit and outputs a pulse whose average pulse width is proportional to the measured flow rate. And a rectifying circuit for rectifying and outputting the output of the insulating means, and an output of the dividing circuit when the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator. And a switch circuit for making the time constant of the rectifier circuit and the time constant of the rectifier circuit of the F / V converter substantially the same, and to be larger than the beat frequency of the vortex signal. Since the flowmeter is configured, the fluctuation lift signal detection circuit and the vortex frequency detection circuit are separately separated immediately after the signal conversion circuit, so that the absolute value of the fluctuation lift signal can be accurately measured and the vortex frequency can be reliably measured. It is possible to achieve both detection and detection.

また、第1増幅器からの信号がコンパレータの設定トリ
ガレベルまで達しなくなった場合に、割算回路の出力を
0とするゲート回路を設けたので、流量0近くにおい
て、大なる誤差が生ずるのを防止することができる。
Further, since the gate circuit that sets the output of the division circuit to 0 when the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator is provided, a large error is prevented near the flow rate of 0. can do.

また、割算回路の出力は、パルス幅の平均が測定流量に
比例するパルス列であるので、トランスによる絶縁が容
易で、安価にでき、フィールドにて生じるコモンモード
ノイズの防止を図ることができる。
Further, since the output of the division circuit is a pulse train in which the average of the pulse width is proportional to the measured flow rate, insulation by a transformer is easy and inexpensive, and common mode noise generated in the field can be prevented.

また、時定数回路とF/Vコンバータの時定数とほぼ同じ
にし、かつ渦信号のビート周波数より大なるようにした
ので、質量流量の変動に対しても精度よく追従すること
ができるものが得られる。
Also, since the time constants of the time constant circuit and F / V converter are set to be almost the same and the beat frequency of the vortex signal is set to be greater than that of the vortex signal, it is possible to obtain a device that can accurately follow the change in mass flow rate. To be

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、
密度又は質量流量を精度よく測定できる装置を実現する
ことができる。
As described above, according to the present invention, with a simple configuration,
It is possible to realize an apparatus capable of accurately measuring the density or the mass flow rate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例の構成説明図で、(A)は正
面図、(B)は側面図、第2図は第1図の検出器部を断
面で示す構成説明図、第3図は第1図の電気回路図、第
4図,第5図は第3図の動作説明図、第6図・第7図は
第3図の具体的構成説明図、第8図は第6図,第7図の
回路において、流速0.4m/sの水の実流テストを行った場
合の各部分の出力波形図、第9図は第7図の整流回路の
出力特性図、第10図は管路に渦発生体が配置された場合
の揚力等の説明図、第11図は従来より一般に使用されて
いる従来例の構成説明図、第12図は第11図の部品説明
図、第13図は抗力係数の特性説明図、第14図はストロハ
ル数の特性説明図、第15図は揚力係数の説明図である。 10……渦流量検出器、11……管路、12……ノズル、13…
…渦発生体、131……上端、132……下端、133……接流
体部分、134……凹部、135……外筒部、14……センサ
部、140……圧電素子、141……第2の応力検出センサ、
142……第1の応力検出センサ、20……渦流量計変換
器、30……電気回路、31,32……チャージコンバータ、3
3……加減算回路、34……第2増幅回路、35……検波回
路、36……整流回路、37……フィルタ回路、38……第1
増幅回路、39……シュミットトリガ回路、41……F/Vコ
ンバータ、42……割算回路、43……ゲート回路、431…
…コンパレータ、432……スイッチ、44……絶縁回路、4
5……整流回路。
FIG. 1 is a structural explanatory view of an embodiment of the present invention, (A) is a front view, (B) is a side view, and FIG. 2 is a structural explanatory view showing the detector section of FIG. 1 in section. FIG. 3 is an electric circuit diagram of FIG. 1, FIGS. 4 and 5 are operation explanatory diagrams of FIG. 3, FIGS. 6 and 7 are concrete configuration explanatory diagrams of FIG. 3, and FIG. 6 and 7, the output waveform diagram of each part when the actual flow test of water with a flow velocity of 0.4 m / s is conducted, and Fig. 9 is the output characteristic diagram of the rectifier circuit of Fig. 7, Fig. 10 Figure is an explanatory view of the lift force and the like when the vortex generator is arranged in the pipeline, FIG. 11 is a structural explanatory view of a conventional example generally used from the past, FIG. 12 is a component explanatory view of FIG. 11, FIG. 13 is a characteristic explanatory diagram of drag coefficient, FIG. 14 is a characteristic explanatory diagram of Strouhal number, and FIG. 15 is an explanatory diagram of lift coefficient. 10 …… Vortex flow detector, 11 …… Pipe, 12 …… Nozzle, 13…
… Vortex generator, 131 …… Upper end, 132 …… Lower end, 133 …… Wetted part, 134 …… Recessed part, 135 …… Outer cylinder part, 14 …… Sensor part, 140 …… Piezoelectric element, 141 …… No. 2 stress detection sensor,
142 …… First stress detection sensor, 20 …… Vortex flowmeter converter, 30 …… Electric circuit, 31,32 …… Charge converter, 3
3 ... Addition / subtraction circuit, 34 ... Second amplification circuit, 35 ... Detection circuit, 36 ... Rectification circuit, 37 ... Filter circuit, 38 ... First
Amplification circuit, 39 ... Schmidt trigger circuit, 41 ... F / V converter, 42 ... Division circuit, 43 ... Gate circuit, 431 ...
… Comparator, 432 …… Switch, 44 …… Insulation circuit, 4
5 ... Rectifier circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】渦検出センサよりの渦信号を信号変換する
信号変換回路と、該信号変換回路からの信号の高周波及
び低周波ノイズを低減させるフィルタ回路と、該フィル
タ回路からの信号を増幅する第1増幅回路と、該第1増
幅回路からの信号をパルス信号に変換するコンパレータ
と、該コンパレータからの信号をその周波数に比例した
直流電圧に変換するF/Vコンバータと、前記信号変換回
路からの信号を増幅する第2増幅回路と、該第2増幅回
路からの信号を検波する検波回路と、該検波回路からの
信号のリップル分を除去する整流回路と、該整流回路か
らの信号を前記F/Vコンバータ回路からの信号で割算し
パルス幅の平均が測定流量に比例するパルスを出力する
割算回路と、該割算回路のパルス出力を絶縁して伝送す
る絶縁手段と、該絶縁手段の出力を整流して出力する整
流回路と、前記第1増幅器からの信号が前記コンパレー
タの設定トリガレベルまで達しなくなった場合に、前記
割算回路の出力を0とするスイッチ回路とを具備し、前
記整流回路の時定数と前記F/Vコンバータの整流回路の
時定数とをほぼ同じにし、かつ前記渦信号のビート周波
数より大なるようにしてなる質量流量計。
1. A signal conversion circuit for converting a vortex signal from a vortex detection sensor into a signal, a filter circuit for reducing high frequency and low frequency noise of the signal from the signal conversion circuit, and an amplification of the signal from the filter circuit. A first amplifier circuit, a comparator for converting the signal from the first amplifier circuit into a pulse signal, an F / V converter for converting the signal from the comparator into a DC voltage proportional to its frequency, and the signal conversion circuit A second amplifying circuit for amplifying the signal from the second amplifying circuit, a detecting circuit for detecting the signal from the second amplifying circuit, a rectifying circuit for removing a ripple component of the signal from the detecting circuit, and a signal from the rectifying circuit for A division circuit that outputs a pulse whose average pulse width is proportional to the measured flow rate divided by the signal from the F / V converter circuit, an insulating means that insulates and transmits the pulse output of the division circuit, and the insulation A rectifying circuit for rectifying and outputting the output of the stage; and a switch circuit for setting the output of the dividing circuit to 0 when the signal from the first amplifier does not reach the set trigger level of the comparator. A mass flowmeter in which the time constant of the rectifier circuit and the time constant of the rectifier circuit of the F / V converter are made substantially the same and which is higher than the beat frequency of the vortex signal.
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